生物—光催化工藝在污泥臭氣處理中的應(yīng)用

張俊霞

摘 要：污泥產(chǎn)生的氣體其組成成分較為復(fù)雜，具有高毒性、大氣量，排放持續(xù)時間長等特點。引起惡臭的主要物質(zhì)有硫化氫、氨氣等無機物和一些有機化合物，如甲基硫醇，其中氨濃度最高，其次是硫化氫，甲硫醇氣味強度最大。不僅對金屬設(shè)備、污泥排放管道和儀表具有很強的腐蝕性，而且對污泥周圍居民具有極大的健康危害，因此惡臭氣體的處理顯得非常重要。本文以污泥中轉(zhuǎn)站為例，利用生物-光催化聯(lián)用工藝對其進行臭氣處理，結(jié)果表明氣味濃度明顯降低，顯著改善了周圍的空氣質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：生物-光催化聯(lián)用工藝；污泥臭氣；應(yīng)用

0 引言

污泥由有機殘骸，細菌，無機粒子和膠體復(fù)雜的非均質(zhì)體，含水量高，含有大量高濃度的污染物，因此在污泥處理過程中，一些不穩(wěn)定的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致惡臭氣體釋放出來，導(dǎo)致嚴重的氣味污染，導(dǎo)致一系列的社會問題。

1 污泥臭氣的特點及成分

污泥臭氣具有成分復(fù)雜、毒性強、氣量大、排放持續(xù)性長的特點，該類臭氣成分可以分為4類：第一，含硫化合物，如硫化氫、硫醇類、硫醚類和噬吩類等；第二，含氮化合物，如氨、胺類、酞胺類以及吲哚類等；第三，烴類化合物，如烷烴、烯烴、炔烴以及芳香烴等；第四，含氧有機物，如醇、醛、酮、酚以及有機酸等，其中影響最大的臭氣有氨氣、硫化氫、甲硫醇、丙硫醇、甲基硫等。

2 污泥臭氣處理工藝分析

2.1 單一工藝

在淤泥臭氣處理方面，人們試圖用焚燒法、生物法、光催化作用、低溫等離子體等方法，其中，生物法是一種最常用的氣味凈化技術(shù)。生物除臭的常用的方法包括土壤處理、生物過濾和除臭。使用生物法這種方法去處理淤泥臭氣具有低投資和運營成本，凈化效果好，方便操作和維護等優(yōu)點，在發(fā)達國家已廣泛應(yīng)用于低濃度處理惡臭氣體；焚燒法所需的設(shè)備龐大，基建投資大，且容易產(chǎn)生二次污染；光催化過程和低溫等離子體廢氣凈化技術(shù)在最近幾年由于污泥氣味復(fù)雜的構(gòu)成物質(zhì)，在廢氣處理過程中經(jīng)常遇到以下問題：單一使用低溫等離子體技術(shù)耗能較高、降解不完全，而且很難控制臭氧排放；因為一些導(dǎo)致惡臭的物質(zhì)難以降解，使用單一光催化過程的方法將污泥氣味濃度降低效果不明顯；通過使用紫外線光催化去處理污泥氣味，但是效果不穩(wěn)定而且難以處理高濃度的臭空氣氣體。

2.2 組合工藝

為了克服單一的除臭方式在氣味處理中的缺陷，目前國內(nèi)外學(xué)者在研究過程中發(fā)現(xiàn)：低溫等離子體光催化法與低溫等離子體生物方法去除惡臭氣體，顯示出強大的協(xié)同效應(yīng)。（1）低溫等離子體光催化方法。低溫等離子體會釋放二氧化鈦所必須的紫外線，在紫外線的影響下，光催化劑可以有選擇地與等離子體產(chǎn)生中間副產(chǎn)品反應(yīng)，并得到有效的降解物質(zhì)。因此，低溫等離子體與光催化聯(lián)合可以產(chǎn)生更好的除臭效果，并能有效地抑制中間產(chǎn)品的形成。目前，這種方式被廣泛地應(yīng)用在氮氧化物的去除和除臭。（2）低溫等離子體生物方法。結(jié)合等離子體和生物處理技術(shù)使用大量活性粒子的等離子體，對有毒、有害污染物直接分解和去除，使用等離子體的生物學(xué)方法分解產(chǎn)品和氣味可以將有毒物質(zhì)降解成無害的物質(zhì)，從而減少生物除臭裝置和等離子體生成的副產(chǎn)物，避免污染的二次發(fā)生。它不僅可以降低等離子體電能消耗，還可以控制有害副產(chǎn)物的形成，提高了惡臭氣體處理的投入與產(chǎn)出的比率。采用低溫等離子體-生物法處理H2S惡臭氣體，H2S的去除效率比單獨使用等離子體提高了83.4%～90.1%，而且可有效消除等離子體氧化H2S產(chǎn)生的SO2等二次污染物。目前對低溫等離子法與光催化或生物法聯(lián)用工藝研究較多，已經(jīng)有大量成功的科研及工程應(yīng)用案例，而對于光催化-生物聯(lián)用工藝實際工程應(yīng)用的報道較少。本文介紹了一個生物法聯(lián)用光催化技術(shù)在脫水污泥臭氣處理中的工程應(yīng)用，希望為同行業(yè)提供一些技術(shù)參考。

3 生物-光催化聯(lián)用工藝的應(yīng)用分析

本文以某污泥碼頭污泥中轉(zhuǎn)站為例，采用生物+光催化聯(lián)合除臭工藝對所收集的臭氣進行處理，以改變污泥中轉(zhuǎn)站的操作環(huán)境和周邊的空氣質(zhì)量。

3.1 生物除臭裝置和光催化裝置

生物脫臭裝置包括一個預(yù)洗滌池和生物濾池兩部分，其主要組成部分包括離心風(fēng)機、水泵、塔體和碳質(zhì)生物媒體填充物。其中，過濾器是不銹鋼做的。填料是無機和有機混合填料。光催化裝置主要由5部分組成的，一個預(yù)處理設(shè)備，泡沫鎳網(wǎng)與納米二氧化鈦、紫外線燈、電氣控制系統(tǒng)和設(shè)備外殼。污泥臭氣在收集系統(tǒng)收集后，先進到生物脫臭設(shè)備通過填料層，與填料進行接觸，生物除臭裝置排出的氣味繼續(xù)進入光催化裝置，并保持一段時間，凈化氣體通過排氣口直接排放到大氣中。

3.2 樣品采集與分析

分別在該處理裝置中設(shè)置取樣點1、取樣點2和取樣點3進行采樣）。樣品選擇容量為2.7L內(nèi)表面硅烷化處理的蘇瑪罐進行采集，采樣前使用清洗系統(tǒng)進行清洗，抽真空至200Pa以下備用。在采樣點將蘇瑪罐打開進行瞬時采樣，采樣時間為10～30s，每次采樣設(shè)置3個平行樣，采樣結(jié)束后關(guān)好罐閥，記錄采樣有關(guān)數(shù)據(jù)，帶回實驗室進行分析。樣品成分用大氣預(yù)濃縮儀連接氣質(zhì)聯(lián)用儀進行分析，聯(lián)用儀配火焰離子/質(zhì)量選擇檢測器。以氦氣做載氣，氣體樣品先用HP-1毛細管柱分為2路，1路進入PLOT-Q柱，隨后進入FID檢測器；另1路經(jīng)不銹鋼管線進入MSD檢測器。GC柱溫升溫程序：-50℃，保持3min，以15℃/min的速率升溫至10℃，然后以5℃/min的速率升溫至120℃，再以10℃/min的速率升溫至250℃，保持10min。C2～C3和C4～C11的VOC分別用FID和MSD檢測器識別和定量，樣品臭氣濃度根據(jù)GB/T14675-93《空氣質(zhì)量惡臭測定三點比較式臭袋法》測定。

3.3 數(shù)據(jù)分析與討論

污泥臭氣中主要成分為氮化物、硫化物和揮發(fā)性有機物。本研究針對污泥中轉(zhuǎn)站臭氣采樣分析，得到相似結(jié)論。測量結(jié)果表明：這些主要成分占總臭氣總量的99.7%，其在生物段的去除率為90.0%，在光催化段的去除率為7.6%，總?cè)コ士蛇_97.6%。污泥臭氣中氨氣濃度最高，這是由于污泥中大量的有機成分如蛋白質(zhì)等在好氧細菌的作用下產(chǎn)生；未檢出硫化氫可能是由于硫化氫不穩(wěn)定，在樣品保存過程中已經(jīng)分解；揮發(fā)性有機物供檢出39種，其中甲苯濃度最高，占總揮發(fā)性有機成分的55%。對檢測到的污泥臭氣成分進行分類。通過對比可以看出：污泥臭氣中氮化物、苯系物及酮類大部分在生物處理段被微生物降解，去除率在90%以上；紫外光催化段對烷烴類及其他成分，如酯類、醇等的去除能力明顯優(yōu)于生物法，表明微生物對于低濃度烷烴、酯及醇的降解效果較差。因此，通過生物-光催化組合工藝可以彌補單一生物法的不足，不僅增強了對生物易降解物質(zhì)的去除能力，而且能提高微生物難分解物質(zhì)的去除效率。

根據(jù)GB14554-93《惡臭污染物排放標準》，污泥中轉(zhuǎn)站主要受控惡臭物質(zhì)有氨氣、二甲基硫醚和二甲基二硫醚，這3種物質(zhì)經(jīng)生物段處理后都能達到二級排放標準，其中氨氣和二甲基二硫醚含量遠低于標準限值，因此經(jīng)生物段處理后的臭氣濃度降低幅度可達92.5%；經(jīng)生物段處理的廢氣再通過光催化裝置后，這3種致臭物質(zhì)的濃度進一步降低，但仍然高于GB14554-93規(guī)定的廠界標準限值，這可能是由于二甲基硫醚去除效果不明顯，總?cè)コ实陀?0%，雖然排放濃度達到了標準要求，但由于其閾值非常低，對臭氣濃度的貢獻很大；還有可能是收集污泥臭氣中存在現(xiàn)有標準的8種受控物以外的致臭物質(zhì)，且其去除效率不高，導(dǎo)致臭氣濃度不達標；另外碼頭污泥臭氣的無組織排放也會導(dǎo)致臭氣濃度升高。

4 結(jié)語

從上面可以看出，生物-光催化技術(shù)的運用可以彌補單一生物方法的不足，它不僅可以提高生物降解物質(zhì)的清除能力，同時也提高難降解物質(zhì)的分解率。廢氣經(jīng)過整個處理過程后達到了相應(yīng)的國家排放標準，氣味的濃度下降，這個實際例子為國內(nèi)淤泥廢氣處理提供了理論依據(jù)和參考依據(jù)。

參考文獻

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（作者單位：偃師市環(huán)境監(jiān)測站）